Theorem efsep 12458

Description: Separate out the next term of the power series expansion of the exponential function. The last hypothesis allows the separated terms to be rearranged as desired. (Contributed by Paul Chapman, 23-Nov-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 29-Apr-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
efsep.1	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴↑𝑛) / (!‘𝑛)))
efsep.2	⊢ 𝑁 = (𝑀 + 1)
efsep.3	⊢ 𝑀 ∈ ℕ0
efsep.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
efsep.5	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
efsep.6	⊢ (𝜑 → (exp‘𝐴) = (𝐵 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘)))
efsep.7	⊢ (𝜑 → (𝐵 + ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀))) = 𝐷)

Assertion

Ref	Expression
efsep	⊢ (𝜑 → (exp‘𝐴) = (𝐷 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑛,𝐴   𝑘,𝐹   𝑘,𝑀,𝑛   𝑘,𝑁,𝑛   𝜑,𝑘

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐵(𝑘, 𝑛)   𝐷(𝑘, 𝑛)   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem efsep

Step	Hyp	Ref	Expression
1		efsep.6	. 2 ⊢ (𝜑 → (exp‘𝐴) = (𝐵 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘)))
2		eqid 2238	. . . . . 6 ⊢ (ℤ≥‘𝑀) = (ℤ≥‘𝑀)
3		efsep.3	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ0
4	3	nn0zi 9666	. . . . . . 7 ⊢ 𝑀 ∈ ℤ
5	4	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
6		eqidd 2239	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑘))
7		eluznn0 9999	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
8	3, 7	mpan 428	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑘 ∈ ℕ0)
9		efsep.4	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
10		efsep.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴↑𝑛) / (!‘𝑛)))
11	10	eftvalcn 12424	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑘) = ((𝐴↑𝑘) / (!‘𝑘)))
12	9, 11	sylan 283	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑘) = ((𝐴↑𝑘) / (!‘𝑘)))
13		eftcl 12421	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
14	9, 13	sylan 283	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
15	12, 14	eqeltrd 2315	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
16	8, 15	sylan2 286	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
17	10	eftlcvg 12454	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
18	9, 3, 17	sylancl 417	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
19	2, 5, 6, 16, 18	isum1p 12259	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘) = ((𝐹‘𝑀) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑀 + 1))(𝐹‘𝑘)))
20	10	eftvalcn 12424	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑀) = ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)))
21	9, 3, 20	sylancl 417	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑀) = ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)))
22		efsep.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑁 = (𝑀 + 1)
23	22	eqcomi 2242	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 + 1) = 𝑁
24	23	fveq2i 5698	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘(𝑀 + 1)) = (ℤ≥‘𝑁)
25	24	sumeq1i 12129	. . . . . . 7 ⊢ Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑀 + 1))(𝐹‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)
26	25	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑀 + 1))(𝐹‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘))
27	21, 26	oveq12d 6103	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝑀) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑀 + 1))(𝐹‘𝑘)) = (((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))
28	19, 27	eqtrd 2271	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘) = (((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))
29	28	oveq2d 6101	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘)) = (𝐵 + (((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘))))
30		efsep.5	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
31		eftcl 12421	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) ∈ ℂ)
32	9, 3, 31	sylancl 417	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) ∈ ℂ)
33		peano2nn0 9603	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → (𝑀 + 1) ∈ ℕ0)
34	3, 33	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 + 1) ∈ ℕ0
35	22, 34	eqeltri 2311	. . . . 5 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ0
36	10	eftlcl 12455	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
37	9, 35, 36	sylancl 417	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
38	30, 32, 37	addassd 8348	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀))) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)) = (𝐵 + (((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘))))
39	29, 38	eqtr4d 2274	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)(𝐹‘𝑘)) = ((𝐵 + ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀))) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))
40		efsep.7	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀))) = 𝐷)
41	40	oveq1d 6100	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + ((𝐴↑𝑀) / (!‘𝑀))) + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)) = (𝐷 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))
42	1, 39, 41	3eqtrd 2275	1 ⊢ (𝜑 → (exp‘𝐴) = (𝐷 + Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑁)(𝐹‘𝑘)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1402   ∈ wcel 2209   ↦ cmpt 4192  dom cdm 4774  ‘cfv 5377  (class class class)co 6085  ℂcc 8177  1c1 8180   + caddc 8182   / cdiv 9002  ℕ₀cn0 9563  ℤcz 9644  ℤ_≥cuz 9921  seqcseq 10884  ↑cexp 10975  !cfa 11163   ⇝ cli 12044  Σcsu 12119  expce 12409

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4246  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735  ax-cnex 8270  ax-resscn 8271  ax-1cn 8272  ax-1re 8273  ax-icn 8274  ax-addcl 8275  ax-addrcl 8276  ax-mulcl 8277  ax-mulrcl 8278  ax-addcom 8279  ax-mulcom 8280  ax-addass 8281  ax-mulass 8282  ax-distr 8283  ax-i2m1 8284  ax-0lt1 8285  ax-1rid 8286  ax-0id 8287  ax-rnegex 8288  ax-precex 8289  ax-cnre 8290  ax-pre-ltirr 8291  ax-pre-ltwlin 8292  ax-pre-lttrn 8293  ax-pre-apti 8294  ax-pre-ltadd 8295  ax-pre-mulgt0 8296  ax-pre-mulext 8297  ax-arch 8298  ax-caucvg 8299

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-po 4441  df-iso 4442  df-iord 4511  df-on 4513  df-ilim 4514  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-f1 5382  df-fo 5383  df-f1o 5384  df-fv 5385  df-isom 5386  df-riota 6038  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-1st 6374  df-2nd 6375  df-recs 6576  df-irdg 6641  df-frec 6662  df-1o 6687  df-oadd 6691  df-er 6807  df-en 7023  df-dom 7024  df-fin 7025  df-pnf 8362  df-mnf 8363  df-xr 8364  df-ltxr 8365  df-le 8366  df-sub 8499  df-neg 8500  df-reap 8903  df-ap 8910  df-div 9003  df-inn 9305  df-2 9363  df-3 9364  df-4 9365  df-n0 9564  df-z 9645  df-uz 9922  df-q 10020  df-rp 10055  df-ico 10296  df-fz 10412  df-fzo 10550  df-seqfrec 10885  df-exp 10976  df-fac 11164  df-ihash 11215  df-cj 11607  df-re 11608  df-im 11609  df-rsqrt 11764  df-abs 11765  df-clim 12045  df-sumdc 12120

This theorem is used by:  ef4p  12461  dveflem  15827